Laminati ad Alta Frequenza Spiegati: Progressi Chiave nei PCB RF o a Microonde

Parole chiave: PCB RF a microonde

Questa è la ragione per cui negli ultimi anni abbiamo dovuto investire nei circuiti stampati a microonde e RF, per poter espandere le nostre capacità produttive e diventare un produttore globale di laminati ad alta frequenza. I PCB RF e a microonde hanno elementi che trasmettono segnali RF o a microonde.

In generale, queste applicazioni richiedono laminati che presentano profili elettrici, termici, meccanici o di altre prestazioni che vanno oltre le semplici caratteristiche standard dell'FR-4. Grazie alla nostra vasta esperienza nella produzione di laminati a microonde a base di PTFE, sappiamo che la maggior parte delle applicazioni richiede alta affidabilità e basse tolleranze.

Il PCB ibrido è la categoria speciale di PCB RF e a microonde che utilizza sia FR-4 che PTFE o qualsiasi altro materiale all'interno dello stack-up.

Giacenza di materiali per PCB

Data la varietà di caratteristiche di ogni applicazione RF PCB, abbiamo stabilito relazioni strategiche con i principali fornitori di materiali come Rogers, Arlon, Nelco, Taconic e molti altri. La maggior parte delle giacenze è comunque specializzata; disponiamo di scorte piuttosto buone nei nostri magazzini di prodotti di Rogers (serie 4003 e 4350), Arlon, ecc. Poche organizzazioni sono disposte a farlo perché il costo di mantenimento dell'inventario per garantire una risposta rapida è solitamente molto elevato.

I laminati ad alta frequenza utilizzati per fabbricare circuiti stampati ad alta tecnologia rendono il processo di progettazione di tali circuiti complicato a causa della sensibilità dei segnali e dei problemi legati al trasferimento di calore nella maggior parte delle applicazioni. I materiali per PCB ad alta frequenza ottimali mostrano una bassa conduttività termica rispetto al materiale FR-4 incorporato nei PCB convenzionali.

I segnali RF e a microonde sono estremamente sensibili al rumore e hanno requisiti di impedenza più elevati rispetto ai circuiti stampati digitali convenzionali. I piani di massa e un generoso raggio di curvatura sulle tracce a impedenza controllata devono essere impiegati per far funzionare il progetto nel modo migliore possibile. Quasi tutti gli assemblaggi e i produttori di PCB attualmente offrono PCB standard impiegati in molti prodotti elettronici. Ma non tutti possono possedere la capacità di preparare PCB RF e a microonde. L'interesse crescente per i dispositivi elettronici e i nuovi sviluppi hanno contribuito a notevoli progressi in questi PCB.

Poiché la lunghezza d'onda di un circuito dipende dalla sua frequenza e dal materiale, i materiali per PCB RF a microonde con valori di costante dielettrica (Dk) più elevati possono portare ai PCB più piccoli, poiché è possibile utilizzare progetti di circuiti miniaturizzati per specifici range di impedenza e di frequenza. Nella maggior parte dei casi, per ottenere un Dk più alto, laminati con Dk pari o superiore a 6 vengono utilizzati insieme a materiali FR-4 a basso costo in strutture multistrato.

Conoscere il CTE, la costante dielettrica, il coefficiente termico, il TCDK, il DF e persino elementi come la permittività relativa e la tangente di perdita dei materiali PCB disponibili aiuterà il progettista di PCB RF a sviluppare un progetto che soddisfi e possibilmente superi le caratteristiche desiderate.

Prima di prendere decisioni definitive sul tipo di substrati da utilizzare, è necessario decidere alcuni altri fattori, tra cui la larghezza di linea per una gamma di spessori del circuito, che può essere lasciata alla determinazione finale dopo che la frequenza di lavoro del circuito e le dimensioni approssimative dei componenti principali sono state stabilite.

I diversi tipi di materiali per PCB RF sono:

Polytetrafluorethylene (PTFE) rinforzato con ceramica, che dimostra una grande stabilità elettrica e meccanica. I materiali per circuiti della serie Rogers RO3000 hanno buone proprietà meccaniche e non presentano variazioni della costante dielettrica (Dk), il che significa che i progetti di schede multistrato che impiegano materiali con diversa costante dielettrica non subiranno problemi di deformazione o affidabilità. La serie di prodotti Taconic RF ha un basso fattore di dissipazione e un'elevata conducibilità termica possibile, quindi non si ossiderà, ingiallirà o mostrerà una deriva verso l'alto nella costante dielettrica e nel fattore di dissipazione come i suoi concorrenti basati su idrocarburi.

Materiale per circuiti stampati Megtron 6 – componente a perdite ultra-basse, altamente resistente al calore e privo di alogeni. L'elevata Tg e il minimo rapporto di espansione del MEGTRON 6 a base di resina idrocarburica lo rendono il materiale scelto per l'Interconnessione ad Alta Densità (HDI) e per le alte velocità (superiori a 3 GHz).

I laminati in PTFE rinforzati con vetro tessuto sono realizzati con fibra di vetro tessuta molto leggera e sono ancora più dimensionalmente stabili dei compositi in PTFE rinforzati con fibra tritata. Il fattore di dissipazione o di perdita è giustamente basso in tali materiali, come la famiglia di materiali Taconic TL; pertanto, è ideale per applicazioni radar progettate per 77 GHz e altre antenne a frequenze d'onda millimetriche.

I laminati ceramici idrocarburici sono utilizzati nei progetti a frequenze microonde e millimetriche poiché questo materiale a basse perdite facilita un uso più semplice nella fabbricazione dei circuiti e proprietà ottimizzate rispetto ad altri materiali PTFE. La serie di prodotti Rogers RO4000 è disponibile in un'ampia gamma di costanti dielettriche (2,55-6,15) e ha una conducibilità termica da media a elevata (0,6-0,8).

Esistono laminati di PTFE riempiti con vetro o ceramica, come i materiali per circuiti ad alta frequenza Rogers RT/duroid, che presentano basse perdite elettriche, basso assorbimento di umidità e basso degassaggio, adatti per l'uso spaziale.

I laminati microonde termoindurenti incorporano un basso TCDR, un coefficiente di espansione termica abbinato al rame e una buona resistenza meccanica. I Rogers TMM sono laminati ad alta frequenza, particolarmente adatti per circuiti a linea a nastro e microstriscia affidabili.

Attrezzature di Lavorazione Specializzate

La maggior parte della lavorazione dei PCB a microonde/RF è simile a quella delle attrezzature di fabbricazione standard. Tuttavia, le soluzioni progettuali di massima complessità presuppongono l'uso di attrezzature specializzate. Abbiamo investito in modo significativo per disporre internamente di: Attrezzature per incisione al plasma, utilizzate per garantire un'alta qualità dei fori passanti in modo che possano resistere ai requisiti della perforazione della tecnologia avanzata che li attraversa. Nell'incisione al plasma, i fori passanti e altre superfici del substrato vengono incisi utilizzando plasma o gas incisori per fare spazio al successivo rivestimento. Attrezzature LDI rispetto ai più tradizionali strumenti di esposizione fotografica, in modo da poter ottenere larghezze di traccia molto più strette e un allineamento fronte-retro preciso. Attrezzature per perforazione laser necessarie per molti dei vari materiali, poiché il taglio meccanico lascerebbe bave, rilasserebbe il tessuto o addirittura cambierebbe colore a causa del calore. Questo ci aiuta anche a garantire di fornire ai clienti microvia della migliore qualità in ogni ordine che ci inviano.

Procedure standard per l'Assemblaggio di PCB RF e Microonde

Quasi tutti gli assemblaggi e i produttori di PCB offrono attualmente PCB standard impiegati in molti prodotti elettronici. Ma non tutti possono possedere la capacità di preparare PCB RF e microonde. L'interesse crescente per i dispositivi elettronici e i nuovi sviluppi hanno contribuito a notevoli progressi in questi PCB. Di seguito è riportato un elenco di alcune delle importanti considerazioni che vengono fornite durante la realizzazione di questi PCB.

Il PCB a microonde RF è realizzato utilizzando materiali di qualità come FR4 ad alta densità, idrocarburo riempito di ceramica, tra gli altri. Questi materiali sono popolari perché sono piuttosto spessi e possono essere facilmente piegati in numerose forme. Presentano una specifica desiderabile del coefficiente di dilatazione termica (CTE). Questi materiali contribuiscono a fornire una struttura della scheda stabile, la cui funzionalità è potenziata in condizioni estreme.

Il materiale utilizzato nei PCB RF e a microonde deve garantire le prestazioni della scheda in tutti i tipi di condizioni avverse.

I materiali HT significano che sono fattibili alti numeri di strati, incluse geometrie molto fini e pattern dettagliati.

In queste schede è incorporata anche attrezzatura laser per l'imaging, oltre che per l'acquisizione di una larghezza di traccia stretta.